CN105144194A - 用于识别和特征化运动动作的系统和方法 - Google Patents

Abstract

通过使用传感器数据，本发明实施例有助于自动识别由表演者和/或其体育器材表演的运动动作。此外，各种实施例有助于极限运动的裁判和观众基于客观的经验数据评判运动动作，使极限运动参与者能够对在不同时间和/或不同地点表演的技巧进行客观比较。根据本发明一个实施例的计算机实现方法包括通过计算机系统接收与表演者在某个时间段内表演的动作相关的感器数据；通过计算机系统并且基于所述传感器数据确定多个运动特征；基于所述多个运动特征识别与表演者在所述时间段内表演的动作相关的运动动作。

Description

用于识别和特征化运动动作的系统和方法

相关专利申请的交叉引用

本申请要求于2013年3月7日提交的序号为61/774,050的美国临时专利申请和于2013年7月1日提交的序号为13/932,899的美国专利申请(这两个专利的名称均为“用于测量极限运动技巧的方法与装置”)的优先权，前述专利申请的全部公开内容全部引入本文作为参考。

本申请涉及于2012年9月12日提交的序号为13/612,470、专利名称为“使用模糊逻辑确定运动员跳跃动作的方法与装置”的美国专利申请，特此将其公开内容并入本文作为参考。

背景技术

极限运动(也称为“极限体育运动”或“冒险运动”)的普及性正在稳步增长。特别是，滑雪板、滑板、自由式滑雪、冲浪、跳伞、翼装飞行、自行车越野及其他一些极限运动正在成为(或者目前已经成为)主流运动。各种媒体组织越来越关注此类运动，其中某些竞赛(如X-Games)专门致力各种极限运动。

在很多传统运动中，使用客观方法如分数(例如，棒球运动中的跑垒次数或得分)或时间(例如，赛跑者或下坡滑雪者越过终点线的时间)对比赛进行测量与评判。相比而言，在很多极限运动中，运动员却通过表演跳跃、空翻、旋转等诸如此类的运动动作(例如“技巧”)进行比赛。例如，有关滑雪常用技巧的描述，可访问http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_snowboard_tricks；有关滑板常用技巧的描述，可访问http://skateboardingtrickslist.com。

极限运动中的很多运动动作都很复杂，而且表演极其迅速。相应地，通常基于各种主观因素(包括某一特殊运动动作的难度或美感的个人感受)由(裁判与观众)对极限运动比赛中表演的运动动作进行评判。这种做法通常在识别不同的运动动作以及在比赛中判断或评定此类动作时导致出现问题。例如，在高台滑雪比赛中，跳跃者的动作非常快，以致于观众无法判断其表演的旋转或空翻的数目。

一些常规系统试图用惯性传感器测量快速旋转。通常这类测量都相对于传感器轴，但是也可以与绝对轴相关。然而，此类常规系统并不能实施运动参与者与观众易于理解的传感器测量。常规系统并不能自动识别与测量极限运动“技巧”，因此并不适用于极限运动参与者专用的实际比赛、排行榜、社交网络。本发明实施例能够解决这些及其他问题。

发明内容

通过使用传感器数据，本发明实施例有助于识别由表演者和/或其体育器材表演的运动动作。此外，各种实施例有助于极限运动的裁判和观众基于客观的经验数据评判运动动作。

根据本发明一个实施例的计算机实现方法包括通过计算机系统接收与表演者在某个时间段内表演的动作相关的感器数据；通过计算机系统并且基于所述传感器数据确定多个运动特征；基于所述多个运动特征识别与表演者在所述时间段内表演的动作相关的运动动作；

本发明另个一个实施例包括接收与表演者在某个时间段内表演的动作相关的感器数据；基于所述传感器数据确定多个运动特征；基于所述多个运动特征识别与表演者在所述时间段内表演的动作相关的运动动作；

本发明包括能够实施这些方法的方法与装置，其中包括实施这些方法的数据处理系统，以及含有在数据处理系统上执行时可促使系统实施这些方法的指令的计算机可读介质。

根据下述附图与具体实施方式，本发明的其他特征是显而易见的。

附图说明

根据下文具体实施方式与权利要求书并结合下列示意图，将能更全面地理解某些实施例。

图1和图1A为根据各种实施例表示示例性流程的流程图。

图2为根据各种实施例的示例性方框图。

图3、4、5、6A、6B和7为根据本发明各个方面的示例图。

具体实施方式

下列描述与附图只是用来说明本发明，并非用来限制本发明。为了便于对本发明的全面理解，描述了很多具体细节。然而，在某些情况下，为了避免混淆本发明的技术内容，并未对公知或常规细节加以描述。在本发明所称一个实施例或实施例不一定指相同的实施例；当然，此类称谓至少指一个实施例。

本说明书中所称“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实施例中的特定特性、结构或特征。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是与其他实施例互相排斥的单独或可选实施例。此外，在本说明书中描述的一些特性可能在一些实施例中显示而在其他实施例中并未显示。同样地，本说明书描述的各种要求可能在一些实施例中有要求而在其他实施例中并未要求。

在此所述方法之要素的组合和/或子集可采用任何合适的次序并结合任何合适的系统、设备和/或流程实施。在此所述之方法可以任何方式(如通过在一个或多个计算机系统上运行的软件)实施。所述软件可包括储存在有形的计算机可读介质(如计算机系统的存储器)的计算机可读指令，并可由一个或多个处理器执行，以实施各种实施例对应的方法。

图1描绘了根据本发明各实施例的示例性流程。在图1中，方法100包括接收与表演者在某个时间段内表演的动作相关的传感器数据(105)并基于传感器数据确定动作特征(110)。方法100进一步包括接收与运动动作定义相关的输入(115)，将一个或多个运动特征与所述定义关联(120)，并将运动动作定义及相关的运动特征储存到数据库(125)。方法100进一步包括基于确定的运动特征识别一个或多个运动动作(130)，判定已确定运动特征和与已识别运动动作相关的运动特征之间的相似度(135)，并且当相似度低于某个预定阈值时产生告警(140)。方法100还包括把与运动动作相关的信息和运动动作视频进行综合或者将此等信息叠加到运动动作视频上(145)。可通过在计算机系统中运行的软件(如图2所示的示例性计算机系统200)(以任何想要的次序部分或全部)实现方法100的各个步骤。

本发明实施例可从任何数量与型号的传感器(如加速计、陀螺仪、磁力仪、霍尔效应传感器、全球定位系统、超声波传感器与光学传感器及其组合)直接或间接接收传感器数据(105)。来自不同传感器的信息可一起使用或单独使用，以确定表演者和/或表演者器材的各种运动特征。在本文中，表演运动动作的“表演者”可指任何人(例如，滑雪者、滑板者、骑车者、潜水者、运动员等)及与人相关或者由人操控的体育器材。此类体育器材可包括，例如，交通工具(如自行车、船、汽车、摩托车等)、滑板、雪橇、滑雪板、降落伞及其他器材或设备。

例如，霍尔效应传感器可用于监测特技自行车运动员在跳跃之前、跳跃期间及跳跃之后的车轮速度，而来自一套加速计和陀螺仪的数据则可监测自行车运动员表演的空翻与旋转，另一套加速计和陀螺仪则可监测自行车本身的空翻与旋转。其他传感器，如光学传感器(如，接近传感器)或全球定位系统可用于帮助确定表演者与地面、斜坡、其他表演者及其他物体相对的位置。各种实施例可利用来自嵌入或附着于表演者衣服、皮肤、器材或周边环境(如，表演者用来表演跳跃的斜坡)的传感器的数据。可采用任何合适的方式(如，从与表演者和/或表演者器材连接的数据采集系统以无线方式)接收传感器数据。利用编号为13/612,470的美国专利申请中描述的模糊逻辑通过监测与分析特征标记识别与测量跳跃动作，即可确定表演动作或“技巧”时的时间间隔，该专利申请的内容并入本文作为参考。例如，图7比较了在滑板运动员表演动作期间由连接在滑板上的设备记录的加速计与陀螺仪传感器的信号。为了帮助分离所述信号，加速计定额被提高至1000毫伽(mili-g)。图7表示尽管由于滑板振动造成加速计信号的噪声很大，但是陀螺仪信号与技巧表演期间的相关性要好得多。

本发明实施例在基于客观数据识别与特征化极限运动的运动动作方面特别有效。此外，各种实施例可用于各种其他体育运动和活动，如棒球、篮球、曲棍球、足球和橄榄球。例如，本发明实施例可被配置成接收来自与棒球运动员的球棒连接的传感器的数据以及来自与运动员的制服连接和/或嵌入棒球的传感器的数据。在一个此种实施例中，可向各种用户，如棒球运动的观众或设法优化挥棒动作的训练员，提供有关运动员击球的信息，如运动员挥棒的角度、球棒的速度及击球的力度。如下详述，此类信息可与击球运动员的视频一起提供(向观众播放视频时准实时提供或者作为击球重放的一部分提供)。以这种方式，本发明实施例可提供相关信息，以增强观众身临其境的体验(例如，显示从420英尺本垒打向棒球施加的力)以及帮助运动员、训练员和教练基于客观信息提高运动员的水平。

可确定任何数量的不同运动特征(110)。运动特征可包括表演者或表演者使用的器材的运动方面的所需信息，如位置、速度、加速度、方向、旋转、转换、变化及其组合。本发明实施例可确定包括表演者表演的运动动作在内的某个时间段内的多个运动特征。例如，在跳跃之前开始到跳跃之后结束的某个时间段内各个时间点或时刻(例如，每毫秒)可监测跳跃期间进行一系列复杂的空翻与旋转的滑雪运动员的方向。

运动特征可包括任何数量的不同值、描述以及对表演者和/或表演者器材的动作(或其缺失)进行特征化的其他信息。例如，与运动动作相关的运动特征可包括下列一个或多个特征：在所述时间段内(例如在表演动作之前、期间或之后)某个时间点表演者的方向、围绕表演者局部轴的旋转角度、表演者围绕表演者局部轴的旋转方向、围绕与表演者运动平面垂直的绝对轴的旋转角度、围绕与表演者运动平面垂直的绝对轴的旋转方向，以及这些特征的组合。

可采用任何合适的方式确定运动特征。例如，可基于两个不同的参考帧确定运动特征。一个独立于表演者并独立于表演者运动的绝对参考帧和一个与表演者相关的(即，与表演者连接并随表演者移动的)的局部参考帧。基于分析测量的、与绝对和局部参考帧相对的运动特征组合，本发明实施例可特征化和测量各种不同的运动动作。

本发明实施例还可利用有关各种传感器放置或位置信息来确定各种运动特征。例如，可基于相互共线布置的传感器(如，加速计与陀螺仪)确定沿表演者身体的轴所做的旋转，因而沿着三维轴(x、y和z轴)中某个轴的传感器是相同的。本发明实施例还可利用传感器的校准信息，如传感器制造期间或将传感器安装到表演者衣服、器材等上面时对各种传感器实施的校准。本发明各种实施例还可被配置成与各种传感器(或与其连接的控制系统)进行通讯，以校准传感器。可采用任何合适的方式进行此类校准。在一个实施例中，例如，当传感器指示表演者和/或其器材不移动时，可以对与表演者和/或其器材的一个或多个惯性传感器进行校准。

尽管多个传感器可提供大量有关表演者运动的信息，并且运动本身可用欧拉角(Eulerangles)、俯仰角(pitch)、翻滚角(roll)及偏航角(yaw)表示，但是只有采用表演者所在体育领域普遍接受的术语和体育行业专用的名称表达，参与者、裁判和观众才能理解此类信息。本发明实施例将传感器观测结果进行转换，从而使用此类名称识别“技巧”。本发明实施例可识别每个技巧的关键运动，检测与测量所有此类运动，然后通过将检测到的运动与每个技巧要求的规定运动进行比较来识别技巧及其质量或难度等级。

尽管并未穷举，但是大多数用来定义不同技巧的最常用特征为：表演技巧之前表演者的方向(向前、向后、向左、向右)、技巧的前缘(例如，从用户滑板的板头或板尾开始)、围绕在技巧表演期间呈水平且与运动方向垂直的绝对轴所做的旋转(翻转轴)、以及围绕哦与表演者身体相关的轴所做的旋转(自转轴)。在对技巧进行特征化时，围绕任何轴的旋转并不一定为全程旋转，可为呈某一特别角度的“前后”摇摆(例如，“漂移”技巧)。

在各种实施例中，确定表演者(或表演者的器材)在某一时间段内各个时间点的方向包括确定表演者自转轴的角度和表演者翻转角度。例如，可使用与表演者器材、身体或衣服连接的三个陀螺仪和三个加速计监测表演跳跃的表演者(如滑板运动员)。对于该例子，假设所有传感器都位于同一设备，使其局部轴具有如上所述的共线性。相对于固定参考帧，表演者在时间t的方向由方程式L(t)确定。四元素变化满足下列运动方程：

L_dot＝1/2ω°L,(方程1)

在方程式1中，L_dot为L(t)的时间导数，ω为由(例如)陀螺仪传感器测量的身体角速度。作为初始条件，可确定L(0)(即，跳跃之前表演者的方向)。或者，可确定表演者一经跳跃之后的方向，即，L(t_max)，这里t_max为表演者落地之后的时间。可采取任何所需方式，如基于根据传感器数据(例如，来自GPS传感器的数据)计算的速度向量方向和基于根据其他传感器数据(例如，来自磁力仪的数据)计算的表演者方向，确定表演者的方向(包括表演动作之前或之后表演者的朝向/方向)。

在实际系统中，如果可测量重力反方向的落地冲击(即，跳跃之后加速度很大)，可优选确定L(t_max)。已知表演者跳跃之后的方向，则方程式变为：

e＝(g×a_shock)/(|g×a_shock|)；及

这里，“≈”表示可能存在某些与最终四元素L(t_max)相关的错误，然而，从实际观点而言，如果不需要使用运动员的绝对方向计算跳跃期间的旋转次数，则该近似值也仍然足够了。

已知跳跃结束时的方向L(t_max)，则可使用新变量τ用经典柯西形式(具备初始条件的ODE)改写上述方程式：

t＝tmax-τ.

将已知表达式代入方程式1，得到：

d/dtL＝-d/dτL＝1/2ω(tmax-τ)°L(tmax-τ).

这样，通过解决下列柯西问题即可确定运动员的方向：

(d/dτL^～(τ)＝-1/2ω^～(τ)°L^～(τ)

L^～(0)＝L(tmax)；

τ∈[0；tmax]；

$L^{~}\left(\mathrm{\τ}\right)\stackrel{def}{=}L\left(t\max -\mathrm{\τ}\right);$ 及

$\mathrm{\ω}\left(\mathrm{\τ}\right)\stackrel{def}{=}{\mathrm{\ω}}^{~}\left(t\max -\mathrm{\τ}\right))$

在本例中，可确定局部垂直轴(例如)来计算跳跃期间表演者的自转角度。可采用各种不同的方法确定局部垂直轴，包括基于来自运动动作之前的一个或多个加速计的传感器数据平均值、来自运动动作之后的一个或多个加速计的传感器数据平均值、来自与部分运动动作(如动作之后的落地)相关的一个或多个加速计的传感器数据、来自一个或多个磁力仪的传感器数据(例如，结合事件位置上垂直向量相对的磁向量标称方向使用)、以及上述这些方法的组合。图3表示由三个加速计测定的传感器数据的示例图，它表示表演者跳跃之后落地造成的冲击。在该图中，水平图轴表示时间(单位：毫秒)，垂直轴表示加速度(单位m/s^2)。这三个加速计与x、y和z平面的加速度相对应。

可采用任何合适的方式确定表演者的自转角度，包括通过计算与表演者相关的局部参考帧中的多个单位向量中的每一个向量的路径，所述多个单位向量与表演者的局部垂直向量正交。然后可选择表演者的自转角度，作为此类单位向量中最大的旋转角。同样，可采用任何想要的方式计算表演者的翻转角度，包括通过确定与表演者相关的全球参考帧中的垂直向量的运动、识别单位垂直向量的移动平面、计算垂直向量在该平面上的投影、以及选择表演者的翻转角度作为此投影在平面上移动的弧线的角度。

图4是描绘随时间变化的自转的示例图。在本例中，描绘了来自绕几乎水平的平面上几乎垂直的轴旋转的三个陀螺仪传感器(与图3所示x、y和z轴对应)随时间变化的数据。在该图中，垂直轴描绘了转速(单位：弧度/秒)。使用上述计算方法，计算所得的所述数据的自转角为363度，计算所得的翻转角小于1度。

图5是描绘随时间变化的翻转角的示例图。在本例中，描绘了来自三个翻转(即，沿几乎垂直的水平轴旋转)的陀螺仪传感器随时间(单位：毫秒)变化的数据。图6A描绘了和旋转结束时的垂直向量一致的传感器相关的向量的轨迹，而图6B则描绘该轨迹在旋转平面上(在本例中，几乎呈圆形)的投影。在本例中，所得的翻转角大约为358度，自转角大约为38度。

可以接收任何想要的运动动作的定义(115)，将其与一个或多个运动特征相关联(120)，并将其储存在数据库中以备将来参考与检索(125)。运动动作的定义可适用于表演者、表演者器材或其组合的任何动作或一组动作。例如，滑雪运动员表演的后空翻接侧空翻通常被称为“野猫”(wildcat)。这样野猫动作的定义可包括该动作的名称(别名)、该动作的文本描述、以及与该动作相关的运动特征。继续以本例说明，与所述野猫动作相关的运动特征可包括表演者身体不同的旋转轴指标和围绕这些轴的旋转角。可将其他信息，如施加到表演者滑雪板或表演者身体的某些部位上的力的典型范围和滑雪运动员的滞空时间范围与所述定义进行关联，然后通过将测得的运动特征与数据库中的野猫跳跃动作进行比较，以便将来识别野猫跳跃动作。

运动动作的定义可包括表演者和/或表演者器材的任何数量的复杂动作。例如，可结合来自表演者器材(如滑板)的传感器数据分析来自与表演者(如滑板运动员)连接的传感器的数据。以这种方式，便可与滑板的旋转和空翻一起分析表演者的旋转、空翻及其他动作，以识别表演者表演的所有动作，并为表演的动作提供完整、准确的特征描述。这样本发明实施例对特征化和识别复杂和/或快速动作特别有效，因此给观众与裁判识别所有涉及的动作带来了挑战。

运动动作的定义可包括任何其他所需信息或可与任何其他所需信息相关联。例如，对表演动作的特定运动员进行的统计(包括运动特征)可与数据库中的动作定义相关联，这样本发明的系统和方法的用户便可对各个运动员表演所述动作的方式进行比较。同样，也可将其他信息(如表演的动作的视频)包含在所述定义中或与所述定义相关联。

可将一个或多个已确定的运动特征和与数据库中已知运动动作相关的运动特征进行比较，以识别与已确定运动特征相关的动作(130)。可采用任何合适的方法将确定的未知动作的运动特征与已知动作的运动特征进行比较。例如，可将描述表演者在某个时间段内的速度、自转角、翻转角和方向变化的运动特征和储存与已知动作相关的运动特征的关系数据库进行比较。可用标称值和/或范围表示数据库中的已知运动特征，这反映了不同的表演者可能具有不同的物理特征(如，身高、体重)，可能使用不同的器材，可能以某种不同的方式表演相同的动作，及/或可能在各种不同的其他条件下(如，不同类型的斜坡)表演动作。

数据库也可规定与不同参数值相关的动作的质量。例如，在跳跃期间的360度全程旋转可打10分，而350度的部分旋转(从起跳到落地)则只能打9分。可根据动作难度等任何所需因素确定动作的质量。

可确定一套已确定运动特征与一套已知标称运动特征之间的相似度(135)。可为多个运动特征中的每一个特征确定相似度。或者(此外)，可为某个完整动作确定总体相似度。可将相似度与各种阈值进行比较，如果一个或多个相似度未能达到阈值，则会产生告警。通过这种方式，本发明实施例能够识别新的(即，未定义的)动作，帮助本文所述系统和方法的管理员与用户识别储存的运动特征的值或关联错误，并进行相应修改。

图1A描绘了在数据库中录入各种运动动作信息的示例性方法。在本例中，方法150包括从表演的技巧(152)接收传感器数据(154)，并基于接收到的数据确定运动特征(156)和运动序列(158)。对于同一技巧的其他标称案例(160)和储存在数据库中的一套技巧特征(162)，可对运动特征和/或运动序列进行平均。

本发明实施例可将识别和/或测得的运动动作信息(145)与任何其他所需形式的媒介相结合或将此等信息叠加于此等媒介上。例如，可将运动动作的信息与运动动作的视频相结合或将此信息叠加于视频之上，这样便可为观众或裁判提供动作的准实时信息。可采用任何所需方式对此类叠加进行同步处理，包括使用全球定位系统或与本发明实施例结合的其他传感器测得的时间。

基于与各种运动动作相关的信息，本发明实施例也可被配置成能自动生成和发送报告、统计和/或分析。也可实时或准实时向裁判、广仲、社交媒体渠道、实体、网站及其他系统与实体提供这些东西。

图2表示可结合各种实施例使用的系统的方框图。尽管图2说明了计算机系统中的各种组件，但是该图并非想要表示各个组件互联的任何特殊架构或方式。也可使用由更少或更多组件组成的其他系统。

在图2中，系统200包括由处理器212、存储器214和用户界面216组成的计算机系统210。计算机系统210可包括任何数量的不同处理器、存储器组件和用户界面组件，并且结合本发明实施例可与任何其他所需系统与设备交互。

计算机系统210的功能，包括图1中所述方法(全部或部分)，可通过执行储存在系统210的存储器214中的计算机可读指令的处理器212实施。存储器214可储存任何计算机可读的指令和数据，包括软件应用程序、小程序及嵌入式操作代码。

结合本发明实施例使用的系统210或其他系统与设备的功能也可通过储存机器可读指令的各种硬件组件实施，如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和/或复杂可编程逻辑器件(CPLD)。根据某些实施例各方面的系统可结合任何所需软件和/或硬件组合运行。处理器212检索并执行储存在存储器214中的指令，以控制系统210的运行。可结合本发明实施例使用任何类型的处理器，如集成电路微处理器、微控制器、和/或数字信号处理器(DSP)。结合本发明实施例运行的存储器214可包括任何不同存储器件的何组合，如硬驱、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、或任何其他类型的易失存储器和/或非易失存储器。可采用任何所需方式(如关系数据库)将数据(如运动动作定义及相关运动特征)储存在存储器214中。系统210包括用户界面216，用户界面216可包括任何数量的输入设备(未图示)，以接收命令、数据及其他合适的用户输入(如运动动作定义相关的收入)。用户界面216也可包括任何数量的输出设备(未图示)，以便向用户提供数据、通知及其他信息。典型的输入/输出(I/O)设备可包括鼠标、键盘、调制解调器、网络接口、打印机、扫描仪、摄像机及其他设备。

系统210可通过任何所需方式，包括通过网络230，与一个或多个传感器设备220以及其他系统与设备通讯。传感器设备220可包括或连接至系统210通过其进行通讯的一个或多个控制系统(未图示)，或者系统210可直接与传感器220通讯。

系统210可以是、可包括或者可结合膝上型电脑、台式计算机、移动用户通讯设备、手机、个人数字助理(PDA)、平板电脑、电子书或电子书阅读器、数码相机、摄像机、视频游戏机和/或任何其他适宜的计算设备。

网络230可包括任何电子通讯系统或方法。可采用任何合适的通讯方法实现与本发明实施例结合使用的组件之间的通讯，例如，电话网、外网、内网、因特网、互联点设备【销售点设备、个人数字助理(即)、手机、公用电话亭等】、在线通讯、卫星通讯、离线通讯、无线通讯、应答器通讯、局域网(LAN)、广域网(WAN)、虚拟专网(VPN)、联网或互联设备、键盘、鼠标和/或任何适宜的通讯与数据输入方式。本发明的系统与设备可利用TCP/IP通讯协议以及IPX、Appletalk、IP-6、NetBIOS、OSI、任何隧道协议(例如，IPsec、SSH)、或任何数量的现有或未来协议。

尽管某些实施例可在全功能计算机及计算机系统上实施，但是各种实施例也能够以各种不同的形式作为计算产品而部署，并且能够实现应用，而不管用来使部署实际生效的机器或计算机可读介质的特殊类型。

机器可读介质可用来储存软件和数据，当数据处理系统执行所述软件和数据时，系统便开始实施各种方法。可执行软件和数据可储存在各个不同的地方，例如，包括ROM、易失性RAM、非易失性存储器和/或缓存。所述软件和/或数据的各个部分可储存在这些存储设备的任何一个中。此外，可从集中式服务器或对等网络获得所述数据和指令。可在不同时间以不同或相同的通讯会话从不同的集中式服务器和/或对等网络获得所述数据和指令的不同部分。可在执行应用程序之前获得全部所述数据和指令。或者，当一定需要执行时，可动态(分秒不差地)获得所述数据和指令的各个部分。这样，在某一特殊时刻并不要求所述数据和指令必须全部都在机器可读介质上。

计算机可读介质的实例包括但不限于可记录与不可记录型介质，如易失性与非易失性存储器设备、只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)、闪存设备、软盘与其他可移动磁盘、磁盘存储介质、光存储介质【例如，光盘只读存储器(CDROM)、数字多功能磁盘(DVDs)等】、及其他介质。计算机可读介质可储存指令。

在各种实施例中，可结合软件指令使用硬连接电路，以实现相应的技术。这样，所述技术既不限于任何特定的硬件电路和软件的组合，也不限于数据处理系统执行的指令的任何特殊来源。

虽然一些附图表示按特定次序的若干操作，但是也可记录并不依赖于次序的操作，也可综合或分割其他操作。尽管具体提及了一些重新排序或其他分组，但是其他部分对于本发明所属技术领域的普通技术人员是显而易见的，因此并不需要穷举所有替代方法。此外，应该认识到可在硬件、固件、软件或其任何组合实现各个阶段的功能。

为简洁起见，本文未必详述所述系统的常规数据组网、应用程序开发和其他功能方面(及所述系统各个功能组件的部件)。此外，本文所含各图所示连接线旨在表示各个要素之间的示例性功能关系和/或物理连接。应当注意到，在实际系统中可能存在很多替代或额外功能关系或物理连接。

本文讨论的各种系统组件可包括一个或多个下列组件：包括用于处理数字数据的处理器在内主机服务器或其他计算系统；与用于储存数字数据的处理器连接的存储器；与用于输入数字数据的处理器连接的输入数字转换器；储存在存储器中、可由用于指示处理器对数字数据进行处理的处理器进行访问的应用程序；与用于显示来自处理器处理的数字数据的信息的处理器与存储器连接的显示设备；及多个数据库。本文中使用的各种数据库可包括：航运数据、包装数据和/或系统操作中有用的任何数据。

可通过网页浏览器和/或利用网页浏览器的应用程序接口实施各种功能。此类浏览器应用程序可包括安装在计算装置或系统用于执行各种功能的因特网浏览软件。这些计算装置或系统可表现为计算机或一套计算机的形式，并且可使用任何类型的计算装置或系统，包括膝上型电脑、笔记本电脑、平板、手持计算机、个人数字助理、机顶盒、工作组、计算机-服务器、大型主机计算机、小型计算机、PC服务器、网络计算机、个人电脑和平板电脑，如，iPad、iMAC和MacBooks、公用电话亭、终端、销售点(POS)设备和/或终端、电视机、或能够接收网络数据的任何其他设备。各种实施例可使用MicrosoftInternetExplorer、MozillaFirefox、GoogleChrome、AppleSafari、Opera、或可用于因特网浏览的任何其他各种软件包。

各种实施例可结合任何合适的操作系统(例如，WindowsNT、95/98/2000/CE/Mobile/、Windows7/8、OS2、UNIX、Linux、Solaris、MacOS、PalmOS等)以及计算机常用的各种常规支持软件和驱动程序运行。各种实施例可包括任何合适的个人计算机、网络计算机、工作站、个人数字助理、蜂窝电话、智能手机、微型计算机、大型计算机或类似设备。实施例可事实安全协议，如安全套接层协议(SSL)、传输层安全协议(TLS)及安全外壳协议l(SSH)。实施例可实现任何所需的应用层协议，包括http、https、ftp、及sftp。

可通过数据链路将各种系统组件单独、各自或一起适宜地连接至网络，所述数据链路包括，例如，与本地环路上因特网服务提供商(ISP)的连接(如与标准调制解调器通讯中常用的连接)、线缆调制解调器、卫星网络、综合服务数字网(ISDN)、数字用户线(DSL)、或各种无线通讯方法。注意，本发明实施例可结合任何合适类型的网络运行，如，交互电视(ITV)网络。

可使用云计算部分或全部实现所述系统。“云”或“云计算”包括能够启用便捷、按需服务的可配置计算资源(例如，网络、服务器、存储设备、应用程序及服务)共享池的模式，只需要最低限度的管理努力或服务提供商交互即可快速提供与释放所述资源。云计算可包括独立于位置的计算，共享服务器以此按需向计算机及其他设备提供资源、软件和数据。

可结合网络服务、效用计算、普适与个性化计算、安全与身份解决方案、自动化技术、云计算、商品计算、移动性与无线解决方案、开源、生物测定、格网计算和/或网格计算使用各种实施例。

本文讨论的任何数据库可包括关系数据库、分层数据库、图形数据库或面向对象的结构和或任何其他数据库配置。此外，可采用任何合适的形式，如数据表或查找表格，组织所述数据库。每个记录可为单个文件、一系列文件、一系列关联的数据字段或任何其他数据结构。可通过任何所需的数据关联技术(如在本行业中公知或实践的那些技术)实现某些数据的关联。例如，可通过人工或自动化方法实现数据关联。

所述系统的任何数据库、系统、设备、服务器或其他组件可位于单个位置或多个位置，其中每个数据库或系统包括任何各种合适的安全特征，如防火墙、接入码、加密、解密、压缩、解压缩和/或类似特征。

可采用任何本行业现在已经可用或将来可能可用的任何技术实施加密，例如，Twofish、RSA、ElGamal、Schorr签名、DSA、PGP、PKI、及对称与非对称密码系统。s

实施例可通过标准的拨号、线缆、DSL、或本行业公知的任何其他因特网协议连接至因特网。为了防止其他网络用户非法访问，可通过防火墙进行事务处理。

本文讨论的计算机可提供可供用户访问的合适网站或其他基于因特网的图形用户界面。例如，可结合微软操作系统、微软NT网络服务器软件、微软SQL服务器数据库系统及微软商业服务器使用微软因特网信息服务器(IIS)、微软事务服务器(MTS)和微软SQL服务器。此外，可使用Access或微软SQL服务器、Oracle、Sybase、InformixMySQL、及Interbase等组件提供符合活动数据对象(ADO)的数据库管理系统。在另一个实施例中，可结合Linux操作系统、MySQL数据库、及Perl、PHP和/或Python编程语言使用Apache网络服务器。

可通过具有网页的网站促进本文讨论的任何通讯、输入、储存、数据库或显示。本文所述的术语“网页”并非用来限制可用于与用户交互的文件与应用程序的类型。例如，除了标准的HTML文件，典型的网站可能还包括各种形式、Java小程序、JavaScript、活动服务器页(ASP)、通用网关接口脚本(CGI)、可扩展标记语言(XML)、动态HTML、层叠样式表(CSS)、AJAX(异步Javascript和XML)、帮助应用程序、插件及类似物。服务可包括接收网络服务器请求的网络服务，所述请求包括URL和IP地址。网络服务器检索相应的网页并将网页数据或应用程序发送至IP地址。网络服务是能够通过通讯装置(如因特网)与其他应用程序交互的应用程序。

各种实施例可采用任何所需数量的方法显示基于浏览器的文件内的数据。例如，可将数据表示为标准的文本或固定列表、可滚动列表、下拉列表、可编辑文本框、固定文本框、弹窗、及类似物。同样地，实施例可采用任何所需数量的方法修改网页中的数据，例如，通过键盘的自由文本输入、菜单项选择、复选框、选择框及类似物。

可采用功能模块组件、屏幕截图、可选项及各种处理步骤描述本文所述的示例性系统与方法。应当理解，可通过配置成用来执行规定功能的任何数量的硬件和/或软件组件实现此类功能模块。例如，所述系统可采用各种集成电路组件，如存储元件、处理元件、逻辑元件、查找表格及类似物，在一个或多个微处理器或其他控制设备的控制下这些组件可执行各种不同的功能。同样地，可通过任何编程脚本语言，如C、C++、C#、Java、JavaScript、VBScript、Macromedia冷聚变(MacromediaColdFusion)、COBOL、微软活动服务器网页(MicrosoftActiveServerPages)、汇编语言(assembly)、PERL、PHP、AWK、Python、VisualBasic、SQL存储过程(SQLStoredProcedures)、PL/SQL、任何UNIX外壳脚本及可扩展标记语言(XML)实现所述系统的软件要素，通过数据结构、对象、过程、程序、或其他编程要素的任何组合实现各种算法。此外，应当注意到，所述系统可采用任何数量的常规技术进行数据传输、信号传送、数据处理、网络控制及类似功能。再者，通过客户侧脚本语言，如JavaScript、VBScript或类似语言，所述系统可用于检测或预防安全问题。

本发明的系统和方法可表现为定制化的现有系统、附加产品、执行升级软件的处理装置、单机系统、数据处理设备和/或计算机程序产品。相应地，所述系统或模块的任何部分可表现为执行代码的处理装置、基于因特网的实施例、完整的硬件实施例或将因特网、软件及硬件等各方面进行综合的实施例。此外，所述系统可表现为计算机可读存储介质上的计算机程序产品，所述存储介质具有计算机可读的程序代码装置。可使用任何合适的计算机可读存储介质，包括硬盘、CD-ROM、光存储设备、磁存储设备和/或类似设备。

本文参考各种实施例的屏幕截图、方法的方框图和流程图、装置(例如，系统)和计算机程序产品描述所述系统和方法。可以理解，方框图和流程图的每个功能模块以及方框图和流程图中的功能模块的组合可分别通过计算机程序指令实现。

可将这些计算机程序指令载入通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置以生产一台机器，从而在计算机或其他可编程数据处理装置上执行的指令可创造出实现流程图模块中规定的功能的装置。也可将这些计算机程序指令储存在计算机可读存储器中，所述存储器可指示计算机或其他可编程数据处理装置以某种特定的方式发挥作用，从而储存在计算机可读存储器中的指令可生产出一件制品，所述制品包括可实现流程图功能模块中规定的功能的指令装置。也可将计算机程序指令载入计算机或其他可编程数据处理装置，促使在计算机或其他可编程装置上执行一系列操作步骤，以产生计算机实施流程，这样在计算机或其他可编程装置上执行的指令可提供实现流程图模块上规定的功能的步骤。

相应地，方框图和流程图的功能模块支持执行规定功能的装置的组合、支持执行规定功能的步骤的组合，以及支持执行规定功能的程序指令装置。也可以理解，方框图和流程图的每个功能模板以及方框图和流程图中功能模块的组合既可通过执行规定功能或步骤的、基于硬件的专用计算机系统实现，也可通过专用硬件和计算机指令的适宜组合实现。此外，流程图及其描述可能提及用户窗口、网页、网站、网页表单、提示，等等。专业人士将能够理解本文所述示意步骤可包括任何数量的配置，包括使用窗口、网页、网页表单、弹窗、提示及类似物。应该进一步能够理解，图示与所述的多个步骤可被综合成单个网页和/或窗口，但是为简便起见，已经予以展开。在其他情况下，作为单个流程步骤的图示与所述步骤可被分成多个网页和/或窗口，但是为简便起见，已经将这些步骤予以组合。

应该将术语“非瞬时”理解为只能从权利要求范围中排除传播瞬时信号本身，并不放弃对所有不仅传播瞬时信号本身的标准计算机可读介质的权利。换种说法，术语“非瞬时计算机可读介质”的涵义应被理解为只排除在InReNuijten一案中发现的、超出美国法典第35卷第101节可授予专利主题范围的那些类型的瞬时计算机可读介质。

本文已经描述了有关具体实施例的利益、其他优点以及问题解决方案。然而，可使利益、优点或解决方案显现或变得更加显著的所述利益、优点、问题解决方案及任何要素不应被理解为本发明关键的、要求的或基本的特征或要素。

虽然本发明包括一种方法，但是应考虑所述方法可表现为在有形计算机可读载体上的计算机程序指令，如磁存储器、光学存储器或磁盘或光盘。本发明所属领域普通技术人员熟知的上述示例性实施例的各个要素的所有结构、化学或功能等效物都明确地并入本文作为参考，以被包含在本发明权利要求的范围内。此外，设备或方法并不需要解决本发明试图解决的每一个问题，并不需要其被包含在本发明权利要求的范围内。此外，本发明的任何元件、组件或方法步骤并不意味着贡献给公众，不管这些元件、组件或方法步骤是否在权利要求中被明确提及。本文中所述的任何权利要求要素均不得按美国法典第35卷第112节第6段解释，除非使用短语“XX装置”明确提及所述要素。如本文所用，术语“包括”、“包含”或其任何其他变体意在涵盖非排他性的内含物，从而包括一系列要素的工艺、方法、物件或装置并不是仅包括这些要素，而是可包括没有明确列出的或此类工艺、方法、物件或装置固有的其他要素。

可对本发明公开的实施例进行各种变化和修改而不偏离本发明的精神和范围。这些和其他变化或修改是为了被包含在本发明的保护范围内，如下列权利要求所述。

Claims (22)

1.一种计算机实现方法，包括：

通过计算机系统接收与表演者在某个时间段内表演的动作相关的传感器数据；

通过计算机系统并且基于所述传感器数据确定多个运动特征；及

基于所述多个运动特征，识别与表演者在所述时间段内表演的动作相关的运动动作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个运动特征包括下列一个或多个特征：

位置；

速度；

加速度；

方向；

旋转；及

转换。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传感器数据包括来自于下列一个或多个设备的数据：

加速计；

陀螺仪；

磁力仪

霍尔效应传感器；

全球定位系统；

超声波传感器；及

光学传感器。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相对于独立于表演者的绝对参考帧的一个或多个轴，确定多个运动特征中的至少一个特征，并且，其特征还在于，相对于与表演者相关的局部参考帧的一个或多个轴，确定多个运动特征中的至少另一个特征。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定多个运动特征包括确定表演者在所述时间段开始时的方向。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，确定所述时间段内每个时间点的方向包括确定表演者的自转角和确定表演者的翻转角。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，确定表演者自转角包括：

计算与表演者局部垂直向量正交的多个单位向量；计算确定围绕所述局部垂直向量的单位向量旋转的多个角度；及

选择表演者的自转角作为多个角度中的最大角。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，确定表演者翻转角包括：

在全球参考帧中确定与表演者相关的垂直单位向量的运动。

识别所述垂直向量的运动平面；

计算所述垂直向量在所述平面上的投影；及

选择表演者的翻转角作为投影在平面上移动的弧段角度。

9.根据权利要求6所述的方法，进一步包括确定用于确定一个或多个自转角和翻转角的局部垂直向量，其中确定所述局部垂直向量基于一个或多个下列数据：

在运动动作表演之前来自一个或多个加速计的传感器数据平均值；

在运动动作表演之后来自一个或多个加速计的传感器数据平均值；

来自一个或多个与运动动作某个部分相关的加速计的传感器数据；及

来自一个或多个磁力仪的传感器数据。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定多个运动特征包括基于根据传感器数据计算的速度向量的方向和使用来自传感器数据中磁力仪传感器信息计算的磁向量的方向确定表演者的朝向。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，识别运动动作包括将多个测定的运动特征和与已知运动特征相关的一个或多个运动特征进行比较。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括确定多个已确定运动特征和与已知运动特征相关的运动特征之间的相似度。

13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括当相似度低于预定阈值时生成相应的告警。

14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，与已知运动特征相关的一个或多个运动特征包括一个或多个下列特征：

时间段开始时表演者的方向；

围绕表演者局部轴的旋转角度；

表演者围绕表演者局部轴的旋转方向；

围绕与表演者运动平面垂直的绝对轴的旋转角度；

围绕与表演者运动平面垂直的绝对轴的旋转方向；及

时间段开始时某件运动设备的前缘。

15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述已知运动特征储存在具有一个或多个相关运动特征的数据库中。

16.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

通过与计算机系统进行通讯的用户界面接收与运动动作定义相关的输入；

对输入进行响应，将运动动作定义与多个运动特征中的一个或多个特征相关联；以及

在与计算机系统进行通讯的数据库中储存运动动作定义和一个或多个相关的运动特征。

17.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

将与运动动作相关的信息叠加到表演运动动作的表演者的视频上，其中，与运动动作相关的信息基于多个运动特征。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，叠加与运动动作相关的信息包括基于从全球定位系统测得的时间对叠加信息与视频进行同步处理。

19.据权利要求1所述的方法，进一步包括通过基于来自陀螺仪的信号选择时间段从而确定运动的时间段。

20.权利要求1所述的方法，进一步包括通过基于一个或多个传感器信号的模糊逻辑分析选择时间段从而确定运动的时间段。

21.一种储存指令的非瞬时计算机可读介质，当执行所述指令时，计算设备将：

接收与表演者在某一时间段内表演的动作相关的传感器数据；

基于所述传感器数据确定多个运动特征；及

基于所述多个运动特征，识别与表演者在所述时间段内表演的动作相关的运动动作。

22.一种系统，包括：

至少一个处理器；及

与所述至少一个处理器进行通迅的存储器，所述存储器储存相应的指令，当处理器执行这些指令时，系统将：

接收与表演者在某一时间段内表演的动作相关的传感器数据；

基于所述传感器数据确定多个运动特征；及

基于所述多个运动特征，识别与表演者在所述时间段内表演的动作相关的运动动作。